全球糖尿病形勢(shì)正愈發(fā)嚴(yán)峻。2022年數(shù)據(jù)顯示，全球成年糖尿病患者人數(shù)已突破8億，與1990年的2億相比，短短30年間增長(zhǎng)了四倍！而在我國(guó)，成人糖尿病患病率也呈上升態(tài)勢(shì)。截至2021年，20至79歲人群中，糖尿病患者高達(dá)1.41億，糖尿病前期人群更是多達(dá)3.5億。若不及時(shí)干預(yù)，90%的糖尿病前期人群可能在20年內(nèi)發(fā)展為糖尿病患者。
2025年2月，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院的王衛(wèi)慶教授團(tuán)隊(duì)，與瑞金醫(yī)院醫(yī)學(xué)芯片研究所陳昌研究員團(tuán)隊(duì)合作，在學(xué)術(shù)期刊《自然代謝》（Nature Metabolism）在線發(fā)表一項(xiàng)重磅研究成果——無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)或許能讓廣大糖尿病患者徹底告別扎手指測(cè)血糖的痛苦。
在《自然代謝》雜志上發(fā)表的無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)技術(shù)
（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)1）
無(wú)創(chuàng)檢測(cè)黑科技：手掌一貼，血糖即測(cè)
這項(xiàng)研究開(kāi)創(chuàng)性提出一種無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)技術(shù)——多重微空間偏移拉曼散射（mμSORS）光譜技術(shù)。是不是感覺(jué)，每個(gè)字都認(rèn)識(shí)，就是唯獨(dú)連起來(lái)沒(méi)看懂什么意思，先別著急。其實(shí)，名字雖復(fù)雜，原理卻簡(jiǎn)單：只需將手掌輕貼檢測(cè)設(shè)備，即可精準(zhǔn)測(cè)量血糖水平，無(wú)需采血，避免了疼痛和感染風(fēng)險(xiǎn)。
并不是手掌的每一個(gè)部位都能用于無(wú)創(chuàng)檢測(cè)血糖，我們的皮膚由外向內(nèi)分為表皮、真皮和皮下組織。其中，表皮提供屏障保護(hù)，真皮含有豐富的血管、神經(jīng)和膠原蛋白支持結(jié)構(gòu)，皮下組織則儲(chǔ)存脂肪并緩沖外力。研究人員選擇了大魚(yú)際（Thenar eminence）這一部位，即手掌靠近拇指的隆起部位，為什么選擇大魚(yú)際皮膚表層呢？
這是因?yàn)?，相較于指尖，大魚(yú)際的表皮層較厚，能提供較好的機(jī)械保護(hù)，但比足底等高負(fù)重區(qū)域的皮膚薄。大魚(yú)際區(qū)域的真皮層下方分布著豐富的毛細(xì)血管網(wǎng)，是血糖監(jiān)測(cè)等生物醫(yī)學(xué)研究的理想部位。雖然比普通皮膚略厚，但相較于腳底和手掌中心，大魚(yú)際的角質(zhì)層較薄，有助于光學(xué)技術(shù)透射到更深層組織進(jìn)行檢測(cè)。
手掌的大魚(yú)際部位
（圖片來(lái)源：作者拍攝）
精準(zhǔn)探測(cè)：找到最佳“偵查深度”
要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)，確定合適的探測(cè)深度至關(guān)重要。由于個(gè)體差異，不同人的皮膚厚度存在顯著差別，即使是同一個(gè)體的大魚(yú)際部位，不同位點(diǎn)的表皮厚度也可能存在差異。為此，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用光學(xué)相干斷層掃描（OCT）技術(shù)來(lái)進(jìn)行精確測(cè)量。
這里說(shuō)到的光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)，是一種類(lèi)似于B超的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，但其使用的是光波而非聲波。這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)發(fā)射近紅外光或可見(jiàn)光照射目標(biāo)組織，利用光的干涉原理，可以“掃描”人體組織，生成精細(xì)的橫截面圖像。
我們知道，光波在傳播過(guò)程中，波的振動(dòng)狀態(tài)具有規(guī)律性和穩(wěn)定性，能夠產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)發(fā)射一束近紅外光或可見(jiàn)光照射到目標(biāo)組織，光線穿透表皮層后，與從不同深度反射回來(lái)的光線進(jìn)行干涉，產(chǎn)生干涉圖樣。不同組織的光學(xué)反射率不同，所以反射回來(lái)的光信號(hào)具有不同的強(qiáng)度。
OCT獲取的受試者左手大魚(yú)際的三維圖像
（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)1）
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)OCT技術(shù)獲取的受試者左手大魚(yú)際三維圖像顯示，該區(qū)域的表皮-真皮交界（DEJ）深度在250-700μm之間，其中最常見(jiàn)的深度約為350μm。這一發(fā)現(xiàn)具有重要價(jià)值，因?yàn)檠芯勘砻?，最佳的血糖探測(cè)深度應(yīng)位于富含組織液和毛細(xì)血管的DEJ區(qū)域或其下方。
核心技術(shù)突破：拉曼光譜精準(zhǔn)識(shí)別葡萄糖
在最佳的血糖探測(cè)深度后，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)性地開(kāi)發(fā)了多重微空間偏移拉曼散射（mμSORS）光譜無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的核心在于利用拉曼光譜原理進(jìn)行葡萄糖分子的特異性檢測(cè)。
拉曼光譜是一種基于光與分子相互作用的光學(xué)檢測(cè)技術(shù)。當(dāng)激光照射到物質(zhì)上時(shí)，大部分光會(huì)被彈性散射（遇到物體后發(fā)生方向改變，但能量不變），但少部分光會(huì)發(fā)生非彈性散射（遇到物體后，不僅方向發(fā)生變化，能量也發(fā)生改變），即拉曼散射。這種拉曼散射會(huì)導(dǎo)致光的頻率發(fā)生微小變化，而這種變化與分子內(nèi)部的振動(dòng)模式密切相關(guān)。因此，每種分子都會(huì)產(chǎn)生獨(dú)特的拉曼光譜，相當(dāng)于分子的“指紋”。
通過(guò)拉曼散射檢測(cè)葡萄糖。黃色虛線表示DEJ；綠色六邊形表示葡萄糖分子；青色點(diǎn)表示拉曼光子
（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)1）
在血糖檢測(cè)應(yīng)用中，葡萄糖分子具有特定的拉曼散射峰，可以通過(guò)光譜分析進(jìn)行定性和定量檢測(cè)。然而，人體皮膚中含有大量其他生物分子如蛋白質(zhì)、膠原蛋白等，它們的拉曼信號(hào)可能會(huì)干擾血糖檢測(cè)，因此需要一種能夠精準(zhǔn)篩選葡萄糖信號(hào)并降低背景干擾的方法。
傳統(tǒng)的拉曼光譜技術(shù)大多只能探測(cè)皮膚表面的分子信息，無(wú)法有效穿透皮膚到達(dá)真皮層的血管和組織液。而mμSORS技術(shù)的重大突破在于創(chuàng)新性采用空間位移的方式，獲取更深層的光譜信號(hào)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空間偏移達(dá)到370-430μm或430-620μm時(shí)，所采集的拉曼信號(hào)更接近真皮特征，并且與靜脈血漿葡萄糖水平呈現(xiàn)高度相關(guān)性，這種技術(shù)顯著降低了表皮背景信號(hào)的干擾，大幅提高了血糖檢測(cè)的信噪比和準(zhǔn)確性。
臨床驗(yàn)證：大規(guī)模研究證實(shí)可靠性
為全面評(píng)估m(xù)μSORS技術(shù)的無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)能力，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并完成了一項(xiàng)規(guī)?？涨暗呐R床驗(yàn)證研究。該研究共納入200例糖尿病患者和30例正常健康人群，通過(guò)口服葡萄糖耐量試驗(yàn)誘導(dǎo)血糖水平變化，并在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)同步采集靜脈血血糖和mμSORS拉曼光譜數(shù)據(jù)。
研究團(tuán)隊(duì)基于超過(guò)30萬(wàn)組光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行建模和分析，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法不斷優(yōu)化血糖預(yù)測(cè)精度。在獨(dú)立的訓(xùn)練集和測(cè)試集驗(yàn)證中，mμSORS無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)值與靜脈血糖（VPG））展現(xiàn)出高度相關(guān)性，其平均絕對(duì)相對(duì)差值（MARD）為14.6%，這一精度水平已達(dá)到國(guó)際公認(rèn)的無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)高標(biāo)準(zhǔn)。更令人振奮的是，該技術(shù)的預(yù)測(cè)誤差對(duì)臨床決策影響極小，完全滿足日常血糖監(jiān)測(cè)需求。
特別值得關(guān)注的是，mμSORS技術(shù)具有突出的普適性?xún)?yōu)勢(shì)：無(wú)需進(jìn)行個(gè)體校準(zhǔn)，即可直接適用于不同年齡、膚色和體型的受試者，且左右手測(cè)量值無(wú)顯著性差異，使用更加靈活方便。這些特性為其未來(lái)大規(guī)模臨床應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
mμSORS無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)值與靜脈血糖（VPG）高度相關(guān)。（30名參與者）的血糖預(yù)測(cè)結(jié)果，其中深藍(lán)色表示 VPG，橙色和黃色分別代表左手和右手的預(yù)測(cè)值。
（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)1）
mμSORS 技術(shù)的成功研發(fā)，標(biāo)志著無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)領(lǐng)域取得了重大突破。這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)創(chuàng)新性地結(jié)合深度選擇光學(xué)探測(cè)和先進(jìn)拉曼光譜分析，實(shí)現(xiàn)了血糖的無(wú)創(chuàng)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。大規(guī)模臨床研究的有力驗(yàn)證，更證明了其穩(wěn)定性和可靠性。
隨著技術(shù)的不斷優(yōu)化和設(shè)備的逐步小型化，mμSORS 技術(shù)有望成為未來(lái)無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)的主流方案，這項(xiàng)來(lái)自中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)的原創(chuàng)性突破，不僅展現(xiàn)了我國(guó)在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的創(chuàng)新能力，更為改善全球糖尿病患者的生命質(zhì)量做出了重要貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
1、Zhang, Yifei, et al. "Subcutaneous depth-selective spectral imaging with mμSORS enables noninvasive glucose monitoring."Nature Metabolism(2025): 1-13.
2、Wu, Juncen, et al. "A new generation of sensors for non-invasive blood glucose monitoring."American journal of translational research15.6 (2023): 3825.
出品：科普中國(guó)
作者：Denovo團(tuán)隊(duì)
監(jiān)制：中國(guó)科普博覽
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